专利名称：以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同步式减振电路，尤其涉及一种以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路。
背景技术：
随着科技演进，交换式电源也有走向短小轻薄的趋势。要想缩小其尺寸的必要条件乃更高的效率、更简易的架构。
一般而言，驰返式转换电路不易达到高效能的主要原因为，在转换电路中，变压器的泄漏电感所造成的转换损失。虽然，越大的输出峰值电流会产生越大的传导损耗，但是，有时为了能提供所需输出的电压和电流值，以传统的做法也只有这个办法。不过，若超过额定的电压或电流，转换电路中的开关元件容易受到冲击而损坏，并且会有电磁辐射干扰(EMI)产生。所以，为了避免此问题，通常都会借着一般型的无损缓冲器(snubber)线路，将变压器的泄漏电感所产生的虚功率，转化成热能而排出，避免开关元件容易受到冲击而损坏，同时也可以抑制EMI的产生。
然而，此种做法并没有解决泄漏电感所造成的转换损失，转换电路仍无法有效提高其转换效率，且还会额外增加散热结构的成本。
发明内容
本发明的目的在于设计一种以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路，与一种交换电源转换装置的一种同步整流器整合，用以改善驰返式交换电源转换器的效率。此一同步式减振电路也能改善功率切换元件在切换时所产生的突波电压(surge)，避免损毁该功率切换元件。
驰返式交换电路操作时的电流切换，除了造成非常高的突波电压，而且也造成电磁辐射干扰。为了避免突波电压损毁电路，常使用减振电路以消除该突波电压。减振的方式即为将变压器的泄漏电感所储存的电能以热的形式消耗掉。这种方式可以降低瞬间的突波电压或电流，同时，也可以抑制电磁辐射干扰。然而，此一方式却也会有额外热能的产生，以及功率转换的效率变差的副作用。另外，释放高热能的散热片也会使得整个电源交换电路不符合轻薄短小的趋势，因此，如何有效利用泄漏电感的储存电能不以热的形式消耗，而能提高电路的效率，则为本发明的主要目的。
为达到上述目的，本发明提供一种以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路，该同步减振电路与一种交换电源转换装置的一种同步整流器整合，其中该交换电源转换装置包括一同步整流器，提供一输入端至一输出端功率移转的一途径，该同步整流器的一第一功率开关以反复切换的方式将一输入功率间歇性的馈入一第一功率变压器、一整流器控制器，通过一输出电压波幅信号，以产生导通该功率移转的途径与一虚功率移转的途径的控制信号、一隔离驱动器，提供一金属氧化物半导体场效晶体管栅极控制信号、一光隔离器及误差放大器，将一输出电压的一比较误差经由光隔离器耦合、一波幅调变控制器，通过发出一脉冲宽度调变控制信号，使得该第一功率开关执行该功率移转的途径的导通、及一同步减振电路，提供该虚功率移转的途径，将该同步整流器中功率变压器的泄漏电感的虚功率移转至输出端，使得输入功率全部转换为输出功率，其中该同步减振电路包括一第二功率变压器，具有一一次侧绕组与一二次侧绕组，该一次侧绕组的一端电性连接至一第三电容器，该二次侧的输出电压提供一输出端的稳压电流的来源；一第二功率开关，电性连接介于该第二功率变压器的该一次侧绕组与该第一功率变压器的一一次侧绕组之间，用来导通该第一功率变压器的一泄漏电感的虚功率至输出端；及一整流电路，电性连接介于该第二功率变压器的该二次侧绕组与该输出端之间，提供该输出端的稳压电流。
根据上述构想的同步减振电路，其中该第二功率开关为一金属氧化物半导体场效晶体管与反向并联的一二极管所构成的一电流双向开关(current-bidirectional switch)。
根据上述构想的同步减振电路，其中该第二功率开关的场效晶体管的一栅极电性连接至该隔离驱动器，接受来自该驱动器的控制信号，且该第二功率开关与该第一功率开关的电压电平相反。
根据上述构想的同步减振电路，其中该整流电路为一桥式整流电路。
根据上述构想的同步减振电路，其中该第二功率开关、该第二功率变压器的该一次侧绕组及该第三电容器形成该第一功率变压器的该泄漏电感的一功率路径。
根据上述构想的同步减振电路，其中当该第二功率变压器于该第一功率开关关闭且该第二功率开关打开时，将该第一功率变压器的泄漏电感的能量所形成于该功率路径的一共振电流由该一次侧绕组转移至该二次侧绕组，并且流经该桥式整流器至该输出端。
本发明还提供一种交换电源转换装置，其中包括一同步整流器，提供一输入端至一输出端功率的移转；一整流器控制器，接受一电压信号以产生控制信号；一隔离驱动器，提供一金属氧化物半导体场效晶体管栅极控制信号；一光隔离器及误差放大器，将一输出电压的一比较误差经由光隔离器耦合；一波幅调变控制器，通过一脉冲宽度调变信号控制功率的导通；及一同步减振电路，将该同步整流器的泄漏电感的虚功率移转至输出端，该同步减振电路包括一第二功率变压器，具有一一次侧绕组与一二次侧绕组，该一次侧绕组的一端电性连接至一第三电容器，该二次侧的输出电压提供一输出端稳压电流的来源；一第二功率开关，电性连接介于该第二功率变压器的该一次侧绕组与该第一功率变压器的一一次侧绕组之间，用来导通该第一功率变压器的一泄漏电感的虚功率至输出端；及一整流电路，电性连接介于该第二功率变压器的该二次侧绕组与该输出端之间，提供该输出端的稳压电流。
根据上述构想的转换装置，其中该转换装置的该同步整流器包括一第一一功率开关、一第一功率变压器，该第一功率开关以反复切换的方式将该第一功率变压器的一一次侧绕组磁性连接至该输入端、一第三功率开关，该第一功率变压器的一二次侧绕组的一端电性连接至该第三功率开关的源极、一第三功率变压器，其中一一次侧绕组电性连结至该输出端，一二次侧绕组电性连接至该整流器控制器、一第二电容器，与该输出端串联。
根据上述构想的转换装置，其中该整流器控制器的一输入端电性连接至该第三功率变压器的该二次侧绕组的两端，一输出端电性连接至该第三功率开关的栅极与该隔离驱动器，使得该第三功率开关在该同步整流器动作的半周期为打开的状态。
根据上述构想的转换装置，其中该整流器控制器通过一输出电压波幅信号，以产生导通该功率移转的途径与一虚功率移转的途径的控制信号。
根据上述构想的转换装置，其中该第二功率开关为一金属氧化物半导体场效晶体管与反向并联的一二极管所构成的一电流双向开关(current-bidirectional switch)。
根据上述构想的转换装置，其中该第二功率开关的场效晶体管的栅极电性连接至一隔离栅极驱动器，接受来自该驱动器的控制信号，且该第二功率开关与该第一功率开关的电压电平相反。
根据上述构想的转换装置，其中该整流电路为一桥式整流电路。
根据上述构想的转换装置，其中该第二功率开关、该第二功率变压器的该一次侧绕组及该第三电容器形成该第一功率变压器的泄漏电感的一功率路径。
根据上述构想的转换装置，其中当该第二功率变压器于该第一功率开关关闭且该第二功率开关打开时，将该第一功率变压器的泄漏电感的能量所形成于该功率路径的一共振电流由该一次侧绕组转移至该二次侧绕组，并且流经该桥式整流器至该输出端。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
图1为本发明以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路的示意图。
其中10同步式减振电路
12第二功率开关14第二功率变压器16整流电路18隔离驱动器20同步整流器22第一功率变压器24整流器控制器26光隔离器及误差放大器28波幅调变控制器30第一功率开关32第三功率开关具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路的示意图。如图1所示，一般常见的驰返式交换电源转换器提供输入端至输出端的功率移转(主功率)途径，且由同步整流器20、整流器控制器24、光隔离器及误差放大器26、波幅调变控制器28等元件所组成。而本发明的同步式减振电路10主要与此种交换电源转换装置中的同步整流器20整合，以改善于同步整流器20中的第一功率变压器22因其泄漏电感所造成的转换损失(虚功率)。
简略而言，本发明主要的特点在于，通过特殊的电路设计，使得第一功率变压器22所产生的主功率，经由主要由同步整流器20所构成的功率移转途径，输出至Vout。而第一功率变压器22所产生的虚功率，经由主要由同步式减振电路10所构成的虚功率转移途径，输出至Vout。如此，使得交换电源转换器所输出的功率接近100％。
所以，本发明在于，同步式减振电路10本身以及为配合本发明同步式减振电路10的运作，在交换电源转换器所作的配合运作方式。以下，将分别详细说明功率移转途径、虚功率转移途径以及相对应的控制方法。在此大致介绍于驰返式交换电源转换器之中的元件。同步整流器20中的第一功率开关30以反复切换的方式将一输入功率间歇性的馈入第一功率变压器22。整流器控制器24则通过输出电压波幅信号，以产生导通功率移转途径以及虚功率移转途径的控制信号。光隔离器及误差放大器26将一输出电压的一比较误差经由光隔离器耦合。波幅调变控制器28通过发出脉冲宽度调变控制信号，使得第一功率开关30执行功率移转途径的导通。而隔离驱动器18则提供金属氧化物半导体场效晶体管栅极控制信号，以控制于同步减振电路10中的第二功率开关12，而导通虚功率转移途径，将同步整流器20中第一功率变压器22的泄漏电感的虚功率移转至输出端，使得输入功率近乎全部转换为输出功率。
另外，第二功率开关12可为金属氧化物半导体场效晶体管与反向并联的二极管所构成的电流双向开关(current-bidirectional switch)，且第二功率开关12与第一功率开关30的电压电平相反。
为了使主功率和虚功率均能转换为输出功率，因此，本发明的控制方法，主要是于一周期内间续地导通主要由同步整流器20所构成的功率移转途径以及主要由同步式减振电路10所构成的虚功率转移途径，即半个周期导通功率移转途径，另半个周期导通虚功率转移途径。
当欲导通功率移转途径时，关闭第二功率开关12，开启第一功率开关30以及第三功率开关32。由于，如何借着隔离驱动器18、整流器控制器24和波幅调变控制器28，而控制第一功率开关30、第二功率开关12和第三功率开关32的开关属公知技术，在此不加以累述。
若欲导通虚功率移转途径时，开启第二功率开关12，关闭第一功率开关30以及第三功率开关32。由于，于同步式减振电路10中的第二功率开关12电性连接介于第二功率变压器14的一次侧绕组与第一功率变压器22的一次侧绕组之间。所以，若开启第二功率开关12、关闭第一功率开关30时，将导通第一功率变压器22的泄漏电感的虚功率至第二功率开关12、第二功率变压器14。而第二功率变压器14，其所具有的一次侧绕组(即1、4端子)的一端电性连接至第三电容器c3，而其二次侧(即2、3端子)的输出电压提供输出端的稳压电流的来源。所以，当开启第二功率开关12、关闭第一功率开关30时，将于第二功率开关12产生电感效应。为桥式整流电路的整流电路16则基于，电性连接介于第二功率变压器14的二次侧绕组与输出端之间，提供输出端的稳压电流，而完成将同步整流器20中第一功率变压器22的泄漏电感的虚功率移转至输出端。
综上所述，本发明以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路10，正是另外借着虚功率转移路径，于另半个周期时，将第一功率变压器22的泄漏电感所储存电能，不以热的形式消耗，而经由此虚功率转移路径输出至输出端，因而能提高电路的效率，达成本发明的主要目的。
通过以上较佳具体实施例的详述，能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
权利要求
1.一种以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路，该同步减振电路与一种交换电源转换装置的一种同步整流器整合，其中该交换电源转换装置包括一同步整流器，提供一输入端至一输出端功率移转的一途径，该同步整流器的一第一功率开关以反复切换的方式将一输入功率间歇性的馈入一第一功率变压器、一整流器控制器，通过一输出电压波幅信号，以产生导通该功率移转的途径与一虚功率移转的途径的控制信号、一隔离驱动器，提供一金属氧化物半导体场效晶体管栅极控制信号、一光隔离器及误差放大器，将一输出电压的一比较误差经由光隔离器耦合、一波幅调变控制器，通过发出一脉冲宽度调变控制信号，使得该第一功率开关执行该功率移转的途径的导通、及一同步减振电路，提供该虚功率移转的途径，将该同步整流器中功率变压器的泄漏电感的虚功率移转至输出端，使得输入功率近乎全部转换为输出功率，该同步减振电路包括一第二功率变压器，具有一一次侧绕组与一二次侧绕组，该一次侧绕组的一端电性连接至一第三电容器，该二次侧的输出电压提供一输出端的稳压电流的来源；一第二功率开关，电性连接介于该第二功率变压器的该一次侧绕组与该第一功率变压器的一一次侧绕组之间，用来导通该第一功率变压器的一泄漏电感的虚功率至输出端；及一整流电路，电性连接介于该第二功率变压器的该二次侧绕组与该输出端之间，提供该输出端的稳压电流。
2.如权利要求1所述的同步减振电路，其中该第二功率开关为一金属氧化物半导体场效晶体管与反向并联的一二极管所构成的一电流双向开关。
3.如权利要求1所述的同步减振电路，其中该第二功率开关的场效晶体管的一栅极电性连接至该隔离驱动器，接受来自该驱动器的控制信号，且该第二功率开关与该第一功率开关的电压电平相反。
4.如权利要求1所述的同步减振电路，其中该整流电路为一桥式整流电路。
5.如权利要求1所述的同步减振电路，其中该第二功率开关、该第二功率变压器的该一次侧绕组及该第三电容器形成该第一功率变压器的该泄漏电感的一功率路径。
6.如权利要求1所述的同步减振电路，其中当该第二功率变压器于该第一功率开关关闭且该第二功率开关打开时，将该第一功率变压器的泄漏电感的能量所形成于该功率路径的一共振电流由该一次侧绕组转移至该二次侧绕组，并且流经该桥式整流器至该输出端。
7.一种交换电源转换装置，包括一同步整流器，提供一输入端至一输出端功率的移转；一整流器控制器，接受一电压信号以产生控制信号；一隔离驱动器，提供一金属氧化物半导体场效晶体管栅极控制信号；一光隔离器及误差放大器，将一输出电压的一比较误差经由光隔离器耦合；一波幅调变控制器，通过一脉冲宽度调变信号控制功率的导通；及一同步减振电路，将该同步整流器的泄漏电感的虚功率移转至输出端，该同步减振电路包括一第二功率变压器，具有一一次侧绕组与一二次侧绕组，该一次侧绕组的一端电性连接至一第三电容器，该二次侧的输出电压提供一输出端稳压电流的来源；一第二功率开关，电性连接介于该第二功率变压器的该一次侧绕组与该第一功率变压器的一一次侧绕组之间，用来导通该第一功率变压器的一泄漏电感的虚功率至输出端；及一整流电路，电性连接介于该第二功率变压器的该二次侧绕组与该输出端之间，提供该输出端的稳压电流。
8.如权利要求7所述的转换装置，其中该转换装置的该同步整流器包括一第一功率开关、一第一功率变压器，该第一功率开关以反复切换的方式将该第一功率变压器的一一次侧绕组磁性连接至该输入端、一第三功率开关，该第一功率变压器的一二次侧绕组的一端电性连接至该第三功率开关的源极、一第三功率变压器，其中一一次侧绕组电性连结至该输出端，一二次侧绕组电性连接至该整流器控制器、一第二电容器，与该输出端串联。
9.如权利要求7所述的转换装置，其中该整流器控制器的一输入端电性连接至该第三功率变压器的该二次侧绕组的两端，一输出端电性连接至该第三功率开关的栅极与该隔离驱动器，使得该第三功率开关在该同步整流器动作的半周期为打开的状态。
10.如权利要求7所述的转换装置，其中该整流器控制器通过一输出电压波幅信号，以产生导通该功率移转的途径与一虚功率移转的途径的控制信号。
11.如权利要求7所述的转换装置，其中该第二功率开关为一金属氧化物半导体场效晶体管与反向并联的一二极管所构成的一电流双向开关。
12.如权利要求7所述的转换装置，其中该第二功率开关的场效晶体管的栅极电性连接至一隔离栅极驱动器，接受来自该驱动器的控制信号，且该第二功率开关与该第一功率开关的电压电平相反。
13.如权利要求7所述的转换装置，其中该整流电路为一桥式整流电路。
14.如权利要求7所述的转换装置，其中该第二功率开关、该第二功率变压器的该一次侧绕组及该第三电容器形成该第一功率变压器的泄漏电感的一功率路径。
15.如权利要求7所述的转换装置，其中当该第二功率变压器于该第一功率开关关闭且该第二功率开关打开时，将该第一功率变压器的泄漏电感的能量所形成于该功率路径的一共振电流由该一次侧绕组转移至该二次侧绕组，并且流经该桥式整流器至该输出端。
全文摘要
本发明提供一种以驰返式交换电源转换器为基础架构的同步式减振电路，用以与一种交换电源转换装置的一种同步整流器整合，其包含第二功率变压器、第二功率开关、整流电路。第二功率变压器具有一次侧绕组与二次侧绕组，一次侧绕组的一端电连接至第三电容器，以提供输出端的稳压电流的来源。第二功率开关电连接介于第二功率变压器的一次侧绕组与第一功率变压器的一次侧绕组之间，以导通该第一功率变压器的泄漏电感的虚功率至输出端。整流电路电连接介于第二功率变压器的二次侧绕组与输出端之间，提供输出端的稳压电流。该同步式减振电路将第一功率变压器的泄漏电感所储存电能不以热的形式消耗，经由虚功率转移路径输出至输出端，提高电路的效率。
文档编号H02M3/28GK1731660SQ200410056000
公开日2006年2月8日 申请日期2004年8月4日 优先权日2004年8月4日
发明者洪清材, 周重甫 申请人:丰昱科技股份有限公司